Hücre zarından madde taşınması enerji (ATP) harcanma durumuna göre pasif geçiş (difüzyon ve osmoz) ve aktif geçiş (aktif taşıma, endositoz ve ekzositoz) olarak iki şekilde gerçekleşir.
Difüzyon
Çözünmüş haldeki maddelerin, yoğun (derişik) oldukları ortamdan, az yoğun (seyreltik) oldukları ortamlara doğru geçmesine ve yayılmasına difüzyon denir. Hücreler, bu yolla hem bazı maddeleri alabilir, hem de bazı maddeleri atabilirler. Difüzyon ölü hücrelerde ve cansız zarlarda da gerçekleşebilir. Ayrıca iki ortam arasında herhangi bir zar engeli olmadan da meydana gelebilir. Şekerin çayda erimesi ve dağılması, kokuların havada yayılması, bardaktaki suya damlatılan mürekkebin suyun her yerini kaplaması birer difüzyon örneğidir.
- Difüzyon yöntemiyle; çeşitli organik besin yapıtaşları, gaz molekülleri, madensel tuzlar, su ve bazı iyonlar hücrelere girer ve çıkarlar.
- Hücre zarı iyonik yapıda olduğu için, molekül yapısı küçük bile olsa, iyonların hücre zarından geçişi, nötr maddelere göre daha zordur.
- İki ortam arasındaki derişim farkının yüksek olması pasif taşımanın hızını artırır. İki ortam arasındaki yoğunluk farkı eşitleninceye kadar pasif taşıma ile madde geçişi devam eder.
- Sıcaklığın artması pasif taşıma ile madde geçiş hızını artırır.
- Yağı eriten (çözen) veya yağda çözünen maddelerin hücre zarından geçişi daha kolaydır. Çünkü, zarın her iki yüzeyi fosfolipit tabakasıyla örtülüdür.
- Por sayısının fazla olması ve çapın büyük olması difüzyonu hızlandırır.
Hücre zarının porlarından sığabilecek kadar küçük bazı moleküller (glikoz, galaktoz, fruktoz ve bazı amino asitler), yoğunluk farkı olmasına rağmen, zardaki özel taşıyıcı moleküllere bağlanarak hücreye alınır. Bu şekildeki geçişe kolaylaştırılmış difüzyon denir.
Bu yöntemde taşıyıcı bir protein molekülü, molekül ya da iyonların hücre zarından geçmesine yardımcı olur. Taşıyıcı proteinler hücre zarında madde geçişini sağlayan kanallar oluşturur. Hücre zarından taşınacak madde, enzim yardımıyla (permeaz enzimi) kanal oluşturan taşıyıcı proteine bağlanır. Bağlanma işlemi ile birlikte taşıyıcı proteinde bir değişiklik olur ve proteinden oluşan kanal, zarın diğer tarafına doğru açılır. Açılan kanal sayesinde molekül zarın diğer tarafına aktarılmış olur. Kolaylaştırılmış difüzyonda da enerji harcanmaz.
Örnek: Farklı özellikte olan;
I. mineraller,
II. laktoz,
III. oksijen
maddelerinden hangileri difüzyon yöntemi ile hücre içine alınabilir?
Çözüm: Mineraller, gazlar, amino asitler, monosakkaritler, yağ asitleri ve gliserol ile vitaminler gibi küçük yapılı moleküller hücre zarından difüzyon ile geçebilir. Ancak laktoz bir çeşit disakkarittir ve iki molekül monosakkaritten meydana gelir. Bu nedenle hidroliz ile glikoz ve galaktoz birimlerine yıkıldıktan sonra difüzyon ile hücre zarından geçebilir.
Osmoz
Yarı geçirgen bir zar aracılığı ile su moleküllerinin çok olduğu ortamdan, az olduğu ortama doğru geçişine osmoz denir. Yani suyun yarı geçirgen bir zardan difüzyonu osmoz olarak adlandırılır.
Böbreklerin görevini tam olarak yapamaması sonucunda böbrek yetmezliği oluşur. Bu durumda kandan süzülerek atılması gereken su ve üre gibi maddelerin derişimi artar. Böbrek yetmezliği olan hastalar diyaliz makinesine bağlanır. Bu makinede bulunan özel yarı geçirgen zar sistemi ve diyaliz sıvısı sayesinde kan atık maddelerden temizlenir. Kanın temizlenme işlemi kan ile diyaliz sıvısı arasındaki derişim farkından kaynaklanır. Kandaki atık maddeler, kan diyaliz makinesinden geçerken difüzyonla süzülerek uzaklaştırılır. Bu sayede atık maddelerin kandaki oranları düşürülmüş olur. Maddelerin atılması ile hücrelerin yaşayabileceği ortam yeniden oluşturulmuş olur.
Yarı geçirgen bir zarla ikiye ayrılan bir deney kabının iki tarafına eşit miktarda su ve sadece bir tarafına yarı geçirgen zardan geçemeyen ancak suda çözünen bir madde ekleyelim.
Deney ortamında su molekülleri osmoz ile madde eklenen tarafa geçer. Çünkü madde eklenen taraf diğer tarafa göre daha yoğun hale gelmiştir. Yoğunluğu fazla olan ve çözünen maddenin bulunduğu taraf sadece suyun bulunduğu tarafa doğru bir emme kuvveti uygular. Bu emme kuvvetine ozmotik basınç denir. Suyun yarı geçirgen zardan ozmozla geçişi, her zaman emme kuvvetinin yani ozmotik basıncın yüksek olduğu tarafa doğru olur. Bir çözeltideki çözünen madde derişimi, hücre sitoplazmasındaki madde derişiminden fazla ise bu çözeltiye hipertonik çözelti denir. Eğer çözelti içindeki çözünen madde derişimi, sitoplazmanın madde derişiminden az ise bu çözeltilere de hipotonik çözelti denir. Hücre ile bulunduğu ortam arasındaki bu derişim farklılıkları madde alınmasını veya madde atılmasını sağlar. Bu sayede hücreler kendilerine gerekli olan maddelerin alırken, fazla olan maddeleri atabilir. Çözelti içindeki madde derişimi, sitoplazmadaki madde derişimi ile aynı ise bu çeşit çözeltilere izotonik çözelti denir. Canlılığın devam etmesi için hücre içi ile dışı arasındaki su dengesinin belli bir değerde korunması gerekir. Hücrelerin yaşayabildiği ortamlar, hücre için izotonik tir.
Örnek:
Çözüm: Hücreler yoğun (hipertonik) ortamda su kaybederek büzülür. Bu durumda sitoplazma hücrenin ortasına doğru toplanır, yani küçülür. Kofulların içindeki öz su da azaldığı için onlar da küçülür. Küçülme derecelerine göre ortamın yoğunluğu hakkında bilgi sahibi olunabilir. Bir hücrenin çok fazla küçülmesi kofulun fazla su kaybettiğini ve hücrenin kendisinden çok yoğun bir ortama konulduğunu gösterir. Hücreler seyreltik (hipotonik) ortamlarda su alarak gerilir. Sitoplazmanın çepere basıncı artar. Kofullar büyür. Bu durumda hücrelerin konulduğu ortamlar az yoğundan çok yoğuna doğru “I – III – II – IV” şeklinde sıralanır. Cevap B
- Plazmoliz: Bir hücre hipertonik ortama bırakılırsa dış ortama su verir. Sitoplazma hücrenin ortasına doğru büzülür. Bu şekilde hücrenin su kaybederek büzülmesine plazmoliz denir. Hücre bu ortamda uzun süre kalırsa metabolizmasını gerçekleştiremez ve ölür.
- Deplazmoliz: Plazmoliz olmuş bir hücre hipotonik ortama konursa su alarak şişer. Bu olaya deplazmoliz denir. Hayvan hücrelerinde deplazmoliz devam ederse hücre patlar. Buna hemoliz denir.
Hipotonik ortamda, bitki hücrelerinin içine su girmesi sonucunda koful büyür. Bu durumdaki hücre, ozmozla giren sudan dolayı şişer. Hücreye giren su kofulun büyümesine neden olur.
Suyun etkisiyle büyüyen koful hücre duvarına basınç uygular. Bu basınca turgor basıncı denir. Bu basınç otsu bitkilerin dik ve canlı durmasını sağlar. Bitkilerde gaz alış verişini sağlayan stomaların açılıp kapanmasında da turgor basıncı etkilidir.
Aktif Taşıma
Enerji (ATP) harcanarak madde moleküllerinin derişiminin az olduğu ortamdan çok olduğu ortama hücre zarından geçişine aktif taşıma denir. Bu şekilde madde geçişi sadece canlı hücrelerde görülür. Aktif taşıma ile difüzyonla alınabilecek kadar küçüklükte olan glikoz, amino asit gibi besin yapı taşları ile sodyum, potasyum ve iyot gibi iyonların hücre zarından geçişi sağlanır.
Endositoz
Zardan geçemeyecek kadar büyük moleküllü katı ve sıvı maddelerin koful oluşturularak hücre içine alınmasına endositoz denir. Endositozla madde alınması sürecinde ATP enerjisi harcanır ve enzimler görev yapar. Bu nedenle sadece canlı hücrelerde gerçekleşir. Endositoz fagositoz ve pinositoz olarak iki şekilde gerçekleşir.
Endositoz ile madde alma hayvan hücrelerinde ve amip gibi bazı bir hücreli canlılarda görülür. Bitki hücrelerinde bulunan hücre duvarı bu yöntemle madde geçişinin yapılmasına olanak sağlamaz.
Çözüm: Beherler karşılaştırıldığında ikinci beherde zarla ayrılan bölümlerden birinde sıvı seviyesinin azaldığı görülmektedir. Bu durumun sebebi yarı geçirgen zarın bir tarafından diğerine ozmozla su geçişi olmasıdır. Y çözeltisinin bulunduğu tarafta sıvı seviyesinin azalması X çözeltisinin daha yoğun olduğunu gösterir. Beherde X ve Y çözeltilerinde madde miktarının değişmediği görülüyor ancak Y çözeltisinde su miktarı azaldığı için madde yoğunluğu artmıştır. Cevap C
Fagositoz
Büyük moleküllü katı maddelerin zarda oluşan yalancı ayaklar ile sarılarak hücre içine alınmasıdır. Yalancı ayak ile alınan madde besin kofulu içinde hücre sitoplazmasına aktarılır. Besin kofulu lizozom ile birleşir ve sindirim kofulu oluşur. Lizozom içinde bulunan sindirim enzimleri ile alınan madde yapı taşlarına parçalanır. Besin yapı taşları hücrenin sitoplazmasına geçer. Geride kalan atık maddeler ise hücre dışına atılır.
Pinositoz
Sıvı yapılı büyük maddelerin hücre içine alınmasına denir. Sıvı moleküllerin hücre zarına değmesi ile pinositoz olayı başlar. İlk önce hücre zarı, içeri doğru çöküntü yaparak pinositoz cebini oluşturur. Sıvı moleküller pinositoz cebine dolar. Daha sonra cebin boğumlanması ile pinositik koful oluşur. Bu kofulun lizozom ile birleşmesi sonucunda alınan madde lizozom enzimleri ile yapı birimlerine parçalanır. Sindirim ürünleri hücrenin sitoplazmasına geçer.
Ekzositoz
Koful içindeki büyük yapılı maddelerin hücre dışına atılmasına ekzositoz denir. Bu yöntemle atık maddeler hücreden uzaklaştırılabilir. Ekzositoz ile hücrelerin ürettiği hormonlar gibi özel maddeler de dış ortama atılır. Salgı yapan bütün hücrelerde görülür. Örneğin soluk borusunda bulunan hücreler ürettikleri mukus salgısını ekzositozla dışarı atar. Bu yöntem maddelerin atılması sırasında ATP enerjisi harcanır ve enzimler görev yapar.
Bilgi: Pinositoz ile besinlerin alınması sırasında oluşturulan kofullar, fagositoz ile besin alınması sırasında oluşturulan kofullardan daha küçüktür. Pinositoz ile sıvı maddelerin, fagositoz ile de katı maddelerin hücre içine alınması sağlanır. Bu iki olay sonucunda oluşan atık ürünler ise ekzositoz ile hücre dışına atılır. Endositoz yapan hücrelerde hücre zarının yüzey alanı küçülürken, ekzositozda büyür.
Bilgi: Hücre içi ve hücre dışı ortamlarındaki madde dengesinin sürekli korunması canlılığın ve metabolizmanın devam etmesi için gereklidir. Hücrelerin canlılığı için kararlı bir ortamın sağlanmasına homeostasi denir. İnsan vücudunda da metabolizma sonucu oluşan amonyak ve üre gibi maddeler idrarla dışarı atılır. Bu maddenin atılamaması ölüme neden olur. Çünkü homeostasi bozulur. Aynı şekilde solunum sonucu oluşan karbondioksit gazı da hücrelerden ve vücuttan dışarı atılır.